人教版选修4第3章电化学基础第2节化学电源第2课时暑假作业.docx
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人教版选修4第3章电化学基础第2节化学电源第2课时暑假作业
第2节化学电源第2课时暑假作业
1、锌-空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O===2Zn(OH)
。
下列说法正确的是( )
A.充电时,电解质溶液中K+向阳极移动
B.充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐减小
C.放电时,负极反应为Zn+4OH--2e-===Zn(OH)
D.放电时,电路中通过2mol电子,消耗氧气22.4L(标准状况)
2、世界某著名学术刊物近期介绍了一种新型中温全瓷铁-空气电池,其结构如图所示。
下列有关该电池放电时的说法正确的是( )
A.a极发生氧化反应
B.正极的电极反应式为FeOx+2xe-===Fe+xO2-
C.若有22.4L(标准状况)空气参与反应,则电路中有4mol电子转移
D.铁表面发生的反应为xH2O(g)+Fe===FeOx+xH2
3、镍钴锰三元材料是近年来开发的一类新型锂离子电池正极材料,具有容量高、循环稳定性好、成本适中等重要优点。
镍钴锰三元材料中Ni为主要活泼元素,通常可以表示为:
LiNiaCobMncO2,其中a+b+c=1,可简写为LiAO2。
放电时总反应为LiAO2+nC=Li1-xAO2+LixCn(0 A.放电时Ni元素最先失去电子 B.放电时电子从a电极由导线移向b电极 C.充电时的阳极反应式为LiAO2-xe-=Li1-xAO2+xLi+ D.充电时转移1mol电子,理论上阴极材料质量增加7g 4、室温下,可充电的钠——二氧化碳电池是当今新能源领域的热点,具有优异的性能。 下列说法正确的是() A.钠金属片为正极 B.该电池中的电解质为NaClO4,工作时ClO4-向碳纳米管电极移动 C.总反应为: D.放电时,每消耗3molCO2,转移12mol电子 5、圣路易斯大学研制的新型乙醇燃料电池,用能传递质子(H+)的介质作溶剂,反应为C2H5OH+3O2―→2CO2+3H2O,如图是该电池的示意图,下列说法正确的是( ) A.a极为电池的正极 B.电池正极的电极反应: 4H++O2+4e-===2H2O C.电池工作时电流由a极沿导线经灯泡再到b极 D.电池工作时,1mol乙醇被氧化时有6mol电子转移 6、Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。 下列叙述不正确的是() A.负极反应式为Mg-2e-=Mg2+B.负极会发生副反应Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑ C.正极反应式为AgCl+e-=Ag+Cl-D.电池放电时Cl-由负极向正极迁移 7、H2S废气资源化利用途径之一是回收能量并得到单质硫。 反应原理为: 2H2S(g)+O2(g)=S2(s)+2H2O(l)△H=-632kJ·mol-1。 右图为质子膜H2S燃料电池的示意图。 下列说法不正确的是( ) A.电路中每流过2mol电子,电池内部释放316kJ热能 B.每34gH2S参与反应,有2molH+经质子膜进入正极区 C.电极a为电池的负极 D.电极b上发生的电极反应为: O2+4e-+4H+=2H2O 8、2019年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。 下列叙述错误的是( ) A.a为电池的正极 B.电池充电反应为LiMn2O4===Li1-xMn2O4+xLi C.放电时,a极锂的化合价发生变化 D.放电时,溶液中Li+从b向a迁移 9、碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,因而得到广泛应用.锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液,电池总反应式为: Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)=Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s),下列说法错误的是() A.电池工作时,锌失去电子 B.电池正极的电极反应式为: 2MnO2(s)+H2O (1)+2e-=Mn2O3(s)+2OH-(aq) C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极 D.外电路中每通过0.2mol电子,锌的质量理论上减小6.5g 10、Li-Cu-空气燃料电池的原理示意如图,电池通入空气腐蚀铜电极而产生正极反应物Cu2O。 下列有关说法正确的是( ) A.电池工作时,正极上有金属锂析出 B.电池工作时,负极区溶液中c(OH-)增大 C.电池放电过程中的总反应为: 2Cu+2Li++2OH-=2Li+Cu2O+H2O D.停止通入空气一段时间,电池将停止放电 11、一种新型燃料电池,一极通入空气,另一极通入丁烷气体;电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体,在熔融状态下能传导O2-。 下列对该燃料电池说法正确的是( ) A.在熔融电解质中,O2-由负极移向正极 B.电池的总反应式: 2C4H10+13O2=8CO2+10H2O C.通入空气的一极是负极,电极反应为O2+4e-=2O2- D.通入丁烷的一极是负极,电极反应为C4H10+26e-+13O2-=4CO2+5H2O 12、联氨(N2H4)是一种无色的可燃液体。 请回答下列问题: (1)联氨是火箭的重要燃料。 已知: (a)N2H4(l)的燃烧热△H1=-624.0kJ·mol–1 (b) △H2=-66.4kJ·mol–1 (c) △H3=-28.6kJ·mol–1 写出N2H4(l)在N2O4(g)中燃烧生成氮气和液态水的热化学方程式________________。 (2)N2H4能使锅炉内壁的铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)变成磁性氧化铁,从而可减缓锅炉锈蚀。 反应过程中每生成0.1mol磁性氧化铁,转移的电子数为_________________。 (3)联氨-空气燃料电池的电解质为KOH溶液。 写出该电池放电时负极的反应式________。 (4)联氨的制备方法有多种,尿素法是其中之一。 在KMnO4的催化作用下,尿素CO(NH2)2和NaClO、NaOH溶液反应生成联氨、水和两种钠盐,写出该反应的化学方程式_________________。 13、常见铅蓄电池是二次电池,其电极材料分别为Pb和PbO2,电解液为稀H2SO4溶液,工作时的总反应式为Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O。 请依据上述情况判断: (1)铅蓄电池的负极材料是________________。 (2)请依据两极材料和总反应,写出放电时正极反应是______________。 (3)请依据总反应式和正极反应式,写出放电时负极反应是________________________。 (4)放电时,电解质溶液中阴离子移向______极;电流方向从______极流向______极。 (5)放电时,电解质溶液的酸性_________(填“增强”、“减弱”或“不变”)。 14、 (1)氢气是一种新型的绿色能源,又是一种重要的化工原料. ①氢气燃烧热值高.实验测得,在常温常压下,1molH2完全燃烧生成液态水,放出285.8kJ热量.则表示H2燃烧热的热化学方程式是 A.H2(g)+ O2(g)═H2O(g)△H=+285.8kJ/mol B.H2(g)+ O2(g)═H2O(l)△H=﹣285.8kJ/mol C.H2(g)+ O2(g)═H2O(l)△H=+285.8kJ/mol D.H2+ O2═H2O△H=﹣285.8kJ/mol ②氢气是合成氨的重要原料,合成氨反应的热化学方程式如下: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H=﹣92.4kJ/mol 反应达到平衡后,升高温度则反应速率(填“增大”或“减小”);平衡将向(填“正反应方向”或“逆反应方向”)移动. (2)锌银电池能量大、电压平稳,广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器.电解质溶液是KOH溶液,电池总反应为Zn+Ag2O═ZnO+2Ag.该电池的负极材料是;电池工作时,阳离子向(填“正极”或“负极”)移动; (3)常温下,0.1mol/LNH4Cl溶液呈性(填“酸”、“碱”或“中”),升高温度可以(填“促进”或“抑制”)NH4Cl的水解. 15、酸性锌锰干电池是一种一次电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是碳粉,MnO2,ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物,该电池在放电过程产生MnOOH,回收处理该废电池可得到多种化工原料,有关数据下表所示: 溶解度/(g/100g水) 温度/℃ 化合物 0 20 40 60 80 100 NH4Cl 29.3 37.2 45.8 55.3 65.6 77.3 ZnCl2 343 395 452 488 541 614 化合物 Zn(OH)2 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Ksp近似值 10-17 10-17 10-39 回答下列问题: (1)该电池的正极反应式为,电池反应的离子方程式为。 (2)维持电流强度为0.5A,电池工作五分钟,理论上消耗Zng。 (已经F=96500C/mol) (3)废电池糊状填充物加水处理后,过滤,滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl,二者可通过分离回收;滤渣的主要成分是MnO2、______和,欲从中得到较纯的MnO2,最简便的方法是,其原理是。 (4)用废电池的锌皮制备ZnSO4·7H2O的过程中,需去除少量杂质铁,其方法是: 加稀硫酸和H2O2溶解,铁变为_____,加碱调节至pH为时,铁刚好完全沉淀(离子浓度小于1×10-5mol/L时,即可认为该离子沉淀完全);继续加碱调节至pH为_____时,锌开始沉淀(假定Zn2+浓度为0.1mol/L)。 若上述过程不加H2O2后果是,原因是。 参考答案 1、【答案】C 【解析】A项,充电时装置为电解池,溶液中的阳离子向阴极移动。 B项,充电时的总反应为放电时的逆反应: 2Zn(OH) ===2Zn+O2+4OH-+2H2O,c(OH-)逐渐增大。 C项,放电时负极失电子发生氧化反应,由放电时的总反应可知,负极反应式为Zn+4OH--2e-===Zn(OH) 。 D项,由放电时的总反应可知,电路中通过2mol电子时,消耗0.5molO2,其体积为11.2L(标准状况)。 2、【答案】D 【解析】a极通入空气,O2在该电极发生得电子的还原反应,A错误;O2在正极发生反应,电极反应式为O2+4e-===2O2-,B错误;由B项分析可知,电路中有4mol电子转移时正极上消耗1molO2,在标准状况下的体积为22.4L,则通入空气的体积约为22.4L×5=112L,C错误;由图可知,铁表面H2O(g)参与反应生成H2,则发生的反应为xH2O(g)+Fe===FeOx+xH2,D正确。 3、【答案】C 【解析】根据Li+的移动方向可知,a为负极,b为正极。 A.镍钴锰三元材料中Ni为主要活泼元素,放电时Ni元素最先失去电子,故A正确;B.放电时电子从负极,即a电极由导线移向正极,即b电极,故B正确;C.充电时的阳极反应式是放电时的正极反应式的逆反应,LixCn-xe-=nC+xLi+,故C错误;D.充电时,阴极反应式为Li1-xAO2+xLi++xe-=LiAO2,转移1mol电子,理论上阴极材料质量增加1mol锂离子,质量为7g,故D正确;故选C。 4、【答案】C 【解析】A.该电池放电时钠金属片发生失去电子的氧化反应,钠金属片是电池的负极,故A错误。 B.原电池放电时阴离子移向电池的负极(即该电池的钠金属片),故B错误。 C.该电池也被称为“可呼吸钠—二氧化碳电池”,放电时吸收CO2,充电时放出CO2,总反应为4Na+3CO2 2Na2CO3+C故C正确。 D.放电时每3molCO2参加反应,其中只有1molCO2被还原为C,转移4mol电子,.故D错误。 故选C。 5、【答案】B 【解析】原电池工作时,阳离子向正极移动,则a极为负极,A错误;正极氧气得到电子被还原,电极反应式为4H++O2+4e-===2H2O,B正确;电池工作时,电流由正极经外电路流向负极,在该电池中由b极流向a极,C错误;乙醇中C元素的化合价为-2价,被氧化后升高到+4价,则电池工作时,1mol乙醇被氧化时有12mol电子转移,D错误。 6、【答案】D 7、【答案】A 【解析】解: A.根据方程式,电路中每流过2mol电子,有1molH2S发生反应,电池内部释放316kJ的总能量,部分以电能的形式发出,部分以其他形式的能量发出,A错误;B.34gH2S的物质的量为1mol,根据方程式,有2molH+经质子膜进入正极区,与氧气结合生成水,B正确;C.该电池属于燃料电池,通入燃料的为负极,通入空气或氧气的为正极,故电极a为电池的负极,C正确;D.根据图示,酸性条件下,O2在此极上得电子变为-2价的化合物水,电极b上发生的电极反应为: O2+4H++4e-=2H2O,D正确;答案选A。 8、【答案】C 【解析】图示所给出的是原电池装置。 A.由图示分析,金属锂易失电子,由原电池原理可知,含有锂的一端为原电池的负极,即b为负极,a为正极,故正确。 B.电池充电时为电解池,反应式为原电池反应的逆反应,故正确。 C.放电时,a极为原电池的正极,发生还原反应的是Mn元素,锂元素的化合价没有变化,故不正确。 D.放电时为原电池,锂离子为阳离子,应向正极(a极)迁移,故正确。 9、【答案】C 【解析】解: A、根据总电极反应式,锌的化合价升高,锌失去电子,故说法正确;B、正极是得到电子,化合价降低,负极反应式为Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2,总电极反应式减去负极反应式,得出正极反应式为: 2MnO2(s)+H2O (1)+2e-=Mn2O3(s)+2OH-(aq),故说法正确;C、电子从负极经外电路流向正极,故说法错误;D、Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2,通过0.2mol电子,消耗锌的质量理论上是6.5g,故说法正确。 10、【答案】D 【解析】解: 本题考查原电池原理。 A、电池工作时,正极发生反应为Cu2O+H2O+2e-=2OH-+2Cu,没有金属锂析出,选项A错误;B、负极为锂失电子生成Li+,负极区无水溶液,选项B错误;C、电池放电过程中的总反应为: 2Li+Cu2O+H2O=2Cu+2Li++2OH-,选项C错误;D、停止通入空气一段时间,铜电极不能再氧化生成Cu2O,当正极的Cu2O全部转化为Cu后,电池将停止放电,选项D正确。 答案选D。 11、【答案】B 【解析】解: 本题考查燃料电池的工作原理。 12、【答案】 (1) △H=-1124.4kJ·mol–1 (2)6.02×1022 (3)N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O (4)CO(NH2)2+NaClO+2NaOH=N2H4+H2O+NaCl+Na2CO3 【解析】解: (1)(a)的热化学方程式为N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l)△H1=-624.0kJ·mol–1,N2H4(l)在N2O4(g)中燃烧生成氮气和液态水的热化学方程式为(d): 2N2H4(l)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(l)△H4,方程式d=2a-(b+2c),所以△H4=2△H1-(△H2+2△H3)=-1124.4kJ·mol–1,所以对应的热化学方程式为: 2N2H4(l)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(l)△H4=-1124.4kJ·mol–1。 (2)磁性氧化铁为Fe3O4,Fe2O3·xH2O被N2H4还原为Fe3O4,铁的化合价从+3价降低到+8/3价,生成1molFe3O4得到电子(3-8/3)×3×1mol=3mol,所以生成0.1mol磁性氧化铁转移的电子数为0.1×3×6.02×1023=6.02×1022。 (3)联氨-空气燃料电池中,联氨在负极失去电子生成N2,负极的电极反应式为: N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O。 (4)KMnO4作催化剂,尿素CO(NH2)2和NaClO、NaOH溶液反应生成联氨、水和两种钠盐,据此可写出相应的化学方程式为: CO(NH2)2+NaClO+2NaOH=N2H4+H2O+NaCl+Na2CO3。 13、【答案】 (1)Pb (2)PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O (3)Pb-2e-+SO42-=PbSO4 (4)负极;正;负 (5)减弱 【解析】解: 本题通过铅酸蓄电池放电时的反应情况考查原电池工作原理。 (1)根据电池总反应式可知,Pb元素化合价由0价、+4价变为+2价,因为在原电池中负极发生失电子化合价升高的氧化反应,所以Pb为负极材料。 (2)放电时,正极上PbO2得电子,同时与H2SO4反应生成PbSO4和水,电极反应式为: PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O。 (3)放电时,负极Pb失电子发生氧化反应,同时与SO42-反应生成PbSO4,电极反应式为: Pb-2e-+SO42-=PbSO4。 (4)放电时,负极Pb失电子,电子从负极沿外电路流向正极,电流方向与电子运动方向相反,故电流从正极流向负极;阳离子与电流方向形成闭合,阴离子与电子方向形成闭合,所以电解质溶液中阳离子向正极移动、阴离子向负极移动。 (5)放电时,H2SO4参加反应导致溶液中c(H+)降低,故电解质溶液的酸性减弱。 14、【答案】 (1)①B; ②增大;逆反应方向; (2)Zn;正极; (3)酸;促进. 【解析】解: (1)①在298K、101kPa时,2g即1molH2完全燃烧生成液态水,放出285.8kJ热量,则表示氢气燃烧热的热化学方程式为H2(g)+ O2(g)=H2O(l)△H=﹣285.8kJ/mol,故选B, 故答案为: B; ②因为合成氨反应的热化学方程式如下: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H=﹣92.4kJ/mol为放热反应,所以升高温度则反应速率增大,平衡将向吸热反应方向即逆反应方向移动, 故答案为: 增大;逆反应方向; (2)负极上失电子发生氧化反应,根据电池总反应为Zn+Ag2O═ZnO+2Ag可知,Zn失电子为负极;原电池中阳离子向正极移动, 故答案为: Zn;正极; (3)常温下,0.1mol/LNH4Cl溶液为强酸弱碱盐在溶液中水解,溶液显酸性;升高温度促进NH4Cl的水解, 故答案为: 酸;促进. 15、【答案】 (1)MnO2+e—+H+===MnOOHZn+2MnO2+2H+===Zn2++2MnOOH (2)0.05g (3)加热浓缩、冷却结晶铁粉、MnOOH在空气中加热;碳粉转变为CO2,MnOOH氧化为MnO2(4)Fe3+2.76Zn2+和Fe2+分离不开Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近 【解析】 (1)酸性锌锰干电池是一种一次电池,外壳为金属锌,锌是活泼的金属,锌是负极,电解质显酸性,则负极电极反应式为Zn—2e—===Zn2+。 中间是碳棒,碳棒是正极,其中二氧化锰得到电子转化为MnOOH,则正极电极反应式为MnO2+e—+H+===MnOOH,所以总反应式为Zn+2MnO2+2H+===Zn2++2MnOOH。 (2)维持电流强度为0.5A,电池工作五分钟,则通过的电量是0.5×300=150,因此通过电子的物质的量是 ,锌在反应中失去2个电子,则理论消耗Zn的质量是 。 (3)废电池糊状填充物加水处理后,过滤,滤液中主要有氯化锌和氯化铵。 根据表中数据可知氯化锌的溶解度受温度影响较大,因此两者可以通过结晶分离回收,即通过蒸发浓缩、冷却结晶实现分离。 二氧化锰、铁粉、MnOOH均难溶于水,因此滤渣的主要成分是二氧化锰、碳粉、MnOOH。 由于碳燃烧生成CO2,MnOOH能被氧化转化为二氧化锰,所以欲从中得到较纯的二氧化锰,最简便的方法是在空气中灼烧。 (4)双氧水具有强氧化性,能把铁氧化为铁离子,因此加入稀硫酸和双氧水,溶解后铁变为硫酸铁。 根据氢氧化铁的溶度积常数可知,当铁离子完全沉淀时溶液中铁离子浓度为10—5mol/L,则溶液中氢氧根的浓度= ,所以氢离子浓度是2×10—3mol/L,pH=2.7,因此加碱调节pH为2.7时铁刚好完全沉淀。 Zn2+浓度为0.1mol/L,根据氢氧化锌的溶度积常数可知开始沉淀时的氢氧根浓度为= =10—8mol/L,氢离子浓度是10—6mol/L,pH=6,即继续加碱调节pH为6时锌开始沉淀。 如果不加双氧水,则铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁,由于氢氧化亚铁和氢氧化锌的溶度积常数接近,因此在沉淀锌离子的同时亚铁离子也沉淀,导致生成的氢氧化锌不纯,无法分离开Zn2+和Fe2+。
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